汽车电子零部件的BCI试验与EMC整改措施

BCI试验是汽车电子零部件必须测试而又难以通过的试验项目之一，如果不够熟悉，就很难对问题进行有效定位及诊断，从而浪费大量的时间在不断尝试各种无效的整改措施。本文提供实际整改案例，以供大家共同学习。

汽车NFC进入/启动模块有什么功能，估计有一部分同学是不了解的，这里先简单介绍一下：简单来说就是，我们平时刷手机坐公交、坐地铁、开门禁这个过程，用的就是NFC近场通讯技术。而手机NFC车钥匙也很好理解，就是你以后开车再也不需要着拿着车钥匙了，只需要用手机NFC刷一下汽车的车门门禁，就能完成汽车的解锁或闭锁车门、点火启动车辆等全部操作了。

汽车电子零部件-BCI(大电流注入)试验

为了避免出现NFC钥匙不灵敏或受干扰的情况，汽车NFC进入模块往往需要进行多项相关的汽车电子零部件的EMC试验，而BCI(大电流注入)试验则是其中一项。也是许多汽车电子零部件必须通过又难以通过的EMC试验项目。可能有部分同学对汽车电子零部件的BCI(大电流注入)试验不是十分的了解，这里还是先作简单的介绍：大电流注入BCI法(Bulk Current Injection)试验是评估汽车电子零部件的辐射抗扰试验之一，试验场地一般在电磁屏蔽室中进行，其原理是BCI信号发生器通过BCI电流注入钳，将RF射频干扰(测试频段1MHz~400MHz，模式分为CW和AM)耦合到被测试的汽车零部件的线束上，然后RF射频干扰通过汽车线束耦合至被测试的汽车电子零部件上，BCI试验配置如下图所示。

BCI试验异常现象

某型号NFC进入/启动模块(以下简称“NFC读卡模块”)，依据上汽SMTC 3 800 006《电子电器零件/系统电磁兼容测试规范》标准，对NFC读卡模块进行射频抗干扰-大电流注入法(BCI)试验时，发现在12MHz~14MHz、24MHz~28MHz及150MHz~250MHz频段容易出现NFC读卡失败的情况。

模拟BCI异常现象

由于公司EMC实验室暂无相关BCI试验设备，为了快速定位相关异常问题，考虑到BCI试验与CS射频场感应的传导骚扰抗扰度(IEC 61000-4-6)试验的干扰类似，于是采用CS试验对NFC读卡模块前期先进行摸底试验。试验方法如下：NFC读卡模块采用12V电池供电，将其接口线缆(共3根BAT+、GND和LIN)通过电磁耦合夹进行CS干扰(80%AM调制，1kHz正弦波调幅，试验频段150kHz~80MHz，试验等级10V)耦合。LIN信号线通过LIN转USB盒连接至笔记本电脑端，NFC卡通过3~4cm的亚克力板放置在NFC读卡模块上，笔记本电脑端采用上位机软件监控NFC读卡的情况。

EMC风险分析

根据以上摸底试验的结果来分析，异常频段在12MHz~14MHz和24MHz~28MHz频段，通过查看NFC读卡模块的原理图和相关芯片的数据手册，发现干扰频段正好落在NFC读芯片的读卡频率13.56MHz及时钟频率27.12MHz上。

为了确定干扰的路径是以传导还是辐射为主，进行了以下的实验(实验现场如下图所示)：将2#读卡模块的接口线缆通过电磁耦合夹进行耦合，2#读卡模块不上电，此时将1#读卡模块放置在2#读卡模块旁边约3cm~5cm距离，将1#读卡模块上电，并通过笔记本电脑测试上位机软件监控1#读卡模块的NFC读卡情况，对2#模块的接口线缆通过电磁耦合夹注入CS干扰，此时发现1#读卡模块仍然在12MHz~14MHz及24MHz~28MHz频段出现读卡失败的情况。当将1#读卡模块调整至2#读卡模块距离7cm以上时，1#读卡模块则不会受到CS的干扰。因此可以确定CS干扰主要通过空间辐射至1#读卡模块的读卡天线上，导致1#读卡模块出现NFC读卡失败的情况。

EMC整改措施

针对上述近风险分析，对该产品分别进行以下的整改，具体整改措施如下表所示：

经过上述整改后，至第三方实验室再次进行BCI试验，虽有部分频段有较为明显的改善，但依然在27MHz、56MHz、68MHz及190MHz等出现读卡失败的情况。后通过的CS试验发现，NFC读卡模块安装和不安装塑料外壳试验时，CS试验的试验结果差异比较大，试验结果如下表对比表格。

通过大量重复上述试验，试验结果一致，基本确定该塑料外壳对NFC读卡模块有明显的影响。查看该产品塑胶外壳的材料物性表，该塑料采用型号为BC 30 000000的PA6材料，其电气特性如下图所示。

PA(聚酰胺)，俗称尼龙，是工程塑料中常用的品种之一，通过查阅塑胶材料的相关网站和文献，PA6的分子结构中含有大量的酰胺基，其分子末端为胺基，是一种强极性聚合物，其强极性的特点使得PA6吸水率大而导致其介电常数较大。通常非极性塑胶材料，如PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PS(聚苯乙烯)等介电常数约为2~3。而强极性材料的PA6特别在吸湿后，其介电常数会明显增大。

而介电常数通常受三个因素(电场频率、温度和湿度)所影响，具体如下表所述。

如上所述，当塑胶外壳的介电常数εr受CS或BCI干扰频率所影响而发生改变时，从而导致了PCB板材的特性阻抗Z0也同时发生变化，继而导致PCB上的NFC印制读卡天线的阻抗出现改变，最终导致NFC读卡出现失败的情况。其中PCB微带线的特性阻抗公式如下所示：

EMC整改总结

1、对于汽车电子零部件进行BCI试验，可以在线缆接口处共模电感等滤波措施，可以有效减少高频BCI的传导干扰。

2、EMC整改除了硬件措施的整改外，还可以调整敏感芯片或mcu芯片的寄存器参数或软件算法，来提高系统的抗干扰能力。

3、产品的EMC性能很多时候体现在很不起眼的设计细节上，如本案例的外壳材料的选择上，电子工程师往往很容易忽略，导致EMC问题难以定位或解决。

原文标题：【Z站推荐】EMC整改案例：汽车NFC进入模块BCI整改

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审核编辑：汤梓红